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智能单相接地及选线系统0高频电缆

2022-08-13 06:11:52

智能单相接地及选线系统

智能单相接地及选线系统 2011年12月10日 来源: 摘 要:针对中性点经消弧线圈接地的小电流接地系统,设计了一套单相接地补偿及选线的微机保护装置。本装置采用三相五柱式消弧线圈,由PWM脉宽电路供电,可实现在线实时调节补偿电流,并有效减小谐波电流;接地选线装置采用零序电流有功分量及有功功率作为判据,计算简便明了且可靠。该装置通过多次动摸试验,动作迅速灵敏,选线准确,有很好的应用价值。 我国大多数配电网均采用中性点不直接接地系统,即小接地电流系统。这种系统当其中性点发生单相接地故障时,供电仍能保证线电压的对称性,且故障电流较其他类型短路故障短路电流小得多。为不影响对负荷的连续供电,一般不必立即跳闸,可以继续运行1~2小时。但当电网的馈线较多时,电容电流较大,接地点电弧不易熄灭,产生弧光接地过电压而损坏设备,而且长时间运行还容易使故障扩大成两点或多点接地短路,破坏系统安全运行,所以必须采取措施对过电压予以限制,并及时找到故障线路,发出信号,由运行人员采取措施(转移负荷等)后再切除故障线路。这需要解决两方面的问题,一是对单相接地电流进行补偿使接地点电弧及时熄灭以限制弧光接地过电压;二是采取适当方法及时准确地选出故障线路并发出信号。 根据以上分析并结合目前国内外现有技术设备水平,我们设计了一套单相接地选线和智能补偿装置,以供参考。

1装置构成 整个系统由两个部分组成:自动跟踪补偿部分和单相接地选线部分,如图1所示。自动跟踪补偿部分由消弧线圈、电抗器和PWM调制电路组成。接地选线部分由高精度零序电流互感器、三相五柱式电压互感器和控制电路构成。2工作原理 (1)自动跟踪补偿部分 消弧线圈采用XBSG型自动跟踪补偿消弧线圈。其原理是在中间三个铁心上绕制了三相高压绕组,经高压隔离开关QS可直接与母线连接,其中性点与地相接,以形成零序电感电流回路,以便对电容电流进行补偿。三个二次绕组接成开口三角形,然后经PWM脉宽调制电路与电抗器形成回路。控制电路的通断频率及宽度即可调节二次绕组的电感电流,从而对主回路的零序电感电流进行调节。

本装置采用预调谐方式,即当系统正常运行时,通过调节PWM电路输出的电感电流值使电路随时跟踪系统工作情况而处于全补偿状态;当系统发生单相接地时,能够及时补偿接地电流,使在单相接地时故障点的残余电流值最小,有利于电弧的熄灭,熄弧后故障相的电压恢复上升速度又最慢,从而抑制了故障点的电弧重燃。但在正常运行时会由于谐振会引起的中性点电压过高的现象,因此在补偿电抗器两端接有阻尼电阻,在正常工作时接入以增大系统阻尼,降低中性点电压,在单相接地故障时切除。 采用PWM脉宽调制电路的优点一是可以随时调节电抗值,另一方面它提供的补偿电流幅值可调且谐波含量小,使补偿电流接近正弦波。 (2)接地选线部分 采用零序电压启动,即单相接地时电压互感器开口三角所接电压继电器动作,经1s后开始进行判断(这样可以避开干扰)。 采用有功分量法,通过判断单相接地故障时零序基波电流的有功分量和有功功率的大小来确定故障线路。因为出现单相接地故障时,未接地线路的零序电流为电容电流,其相位超前零序电压90°,有功功率为零。而接地线路的零序电流为感性电流,消弧线圈存在有功功率损耗,加上接地点电弧的有功功率损耗,所以一定满足|Pa|≥某一定值,利用此关系可以判断故障线路与非故障线路。具体方法是:

以基波零序电压U0为基准,将基波零序电流I0分解为有功分量Ia和无功分量Ir。Ia与U0同相,Ir与U0垂直。有功功率值为5PL,PL为消弧线圈的有功功率损耗。 为了克服电流互感器不平衡电流的影响,采用LJWZ高精度零序电流互感器。 (3)控制电路 自动跟踪补偿部分给定电压信号U0根据电网中性点位移电压实测值随时修正为当前最大值,其与下一采样时刻位移电压值相比较,根据差值大小由电压控制器确定出脉宽调制电路的调制波幅值uc的大小,再由PWM电路输出调制信号,经通断控制电路和光耦驱动电路后控制电力晶体管的导通与关断,从而控制补偿电流,使中性点位移电压进一步增大,直到电压控制器输入为零为止。 单相接地选线部分,各馈电线路零序电流互感器二次侧电流信号和电压互感器开口三角处电压信号经放大电路、光电隔离和A/D转换后送入微机系统。单相接地故障时,首先由电压互感器开口三角处发信号送入微机系统启动选线系统,经1s后,进入选线程序。微机系统读取各馈电线路零序电流互感器电流值,算出各支路有功分量值,按选线判据经判断确定故障线路并发出选线信号。 (4)PWM电路 调制波采用正弦波,其相位滞后于零序电压U090°,其幅值由控制器确定,载波采用三角波。 由微机实现时,事先把幅值为1的基准正弦波预先算出,存入微机ROM中以备查用。因本装置PWM电路只调幅不调频,所以载波比不变,只改变调幅比M。执行时把三角形的一个周期作为中断周期,CPU接到中断请求信号就把预先计算得到的断电时间定时时间常数送入定时器并启动定时器,定时时间到就切换开关模式,再把通电时间作为定时时间常数送入定时器,定时时间到就切换开关模式。启动定时器后,采样调幅指令,并根据下一个时刻的值和新的调幅比M计算出的通断时间常数,为下一个中断周期做准备。 此套装置补偿电流控制部分、PWM波调制部分及单相接地选线部分分为三个程序模块,由单片机8098实现。3结论 本装置与其他类型的接地补偿及选线装置比较有以下几方面特点: (1)采用PWM脉宽电路控制补偿电流的大小,其优点一是可以实现连续调节,其智能电压调节器可以在线实时调节,再加上其输出电流非常接近正弦波,省去了滤波电路,所以其各项性能优于其他类型补偿装置。 (2)单相接地选线部分一是采用了精度较高的零序电流互感器,避免了因电容电流较小而造成的测量误差;二是采用各馈电线路零序基波电流分量和有功分量作为判据,简单明确,判断速度快,不受零序电压和零序电流接线极性的影响,使用方便。 本套微机系统经多次动模试验证明,其动作迅速灵敏可靠,补偿电流跟踪特性很好,选线准确,具有很好的应用价值。4参考文献[1]顺义,杨宏.小电流接地系统接地检测的新判据[J].电力自动化设备,2001,21(8):62~64.[2]刘忠亚.煤矿变电站自动补偿消弧线圈与高压接地选线成套装置[J].电世界,2001,5:26.[3]王兆安,黄俊.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社,2001,4.

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